一種串聯式組合動力進氣道模態轉換試驗方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于組合動力研究領域，特別是一種串聯式組合動力進氣道模態轉換試驗方法。
【背景技術】
[0002]吸氣式高超聲速(飛行馬赫數大于5)飛行器是未來軍、民用航空器的戰略發展方向，被喻為是繼螺旋槳、噴氣推進飛行器之后世界航空史上的第三次革命。對于飛行包線范圍非常寬(高度O?40km或更高、飛行馬赫數從亞聲、跨聲、超聲速擴展到高超聲速)的高超聲速飛行器來說，還沒有一種吸氣式發動機能獨立完成推進任務。因此國外提出了利用兩種以上的發動機組合起來作為高超聲速推進動力的構想，目前常見的組合動力推進系統主要有火箭基組合循環(RBCC)和渦輪基組合循環(TBCC)，其中渦輪基組合循環推進系統具有可重復使用(大于1000次任務，每年可飛行100次)、成本低、安全性高、用途多樣、有靈活的發射和著陸地點、耐久性高、單位推力大，采用普通的燃料和潤滑劑等特點，是高超聲速動力推進系統重要的選擇之一。
[0003]TBCC推進系統的按照布局方式可以分為串聯式和并聯式。其中串聯形式采用渦輪發動機在前，沖壓發動機在后的布局，具有發動機基線小，重量輕等優點。組合循環發動機工作過程中必然要經歷由渦輪發動機工作狀態向沖壓發動機工作狀態(或沖壓發動機工作狀態向渦輪發動機工作狀態)轉換的模態轉換過程。在發動機模態轉換過程中，進氣道需要同時向渦輪發動機通道和沖壓發動機通道提供所需氣流，配合發動機完成動力模式的轉換，且在此模態轉換過程中需要滿足組合發動機的流量和推力保持平穩過渡等要求，是TBCC發動機研制成敗的關鍵技術之一。目前，關于串聯式TBCC進氣道模態轉換過程試驗方法尚未見報道。
【發明內容】
[0004]針對上述問題，本發明提供一種串聯式組合動力進氣道模態轉換試驗方法，以確定渦輪/沖壓發動機通道的堵錐位置匹配關系，可實現模態轉換過程中進氣道出口馬赫數按照預先設定的規律變化，本發明是這樣實現的:
一種串聯式組合動力進氣道模態轉換試驗方法，其特征在于，具體步驟如下:
(1)在串聯式組合動力進氣道模態轉換風洞試驗中，固定沖壓發動機通道堵錐或渦輪發動機通道堵錐，并在一次風洞試驗中保持沖壓發動機通道或渦輪發動機通道堵塞比值恒定;
(2)移動渦輪發動機通道堵錐或沖壓發動機通道堵錐，使渦輪發動機通道或沖壓發動機通道堵塞比由小增大，同時至少測定六組不同渦輪發動機通道或沖壓發動機通道堵塞比對應的進氣道出口馬赫數，獲得相應的數據點；
(3)對數據點進行擬合，獲得在該沖壓發動機通道或渦輪發動機通道堵塞比條件下，進氣道出口馬赫數隨渦輪發動機通道或沖壓發動機通道堵塞比變化的擬合曲線公式； (4)利用擬合曲線公式，按預期的進氣道出口馬赫數，獲得在該沖壓發動機通道或渦輪發動機通道堵塞比條件下，渦輪/沖壓發動機通道堵塞比匹配值；
(5 )改變步驟(I)中沖壓發動機通道或渦輪發動機通道堵塞比值，重復步驟(2 )?(4 );
(6)重復上述步驟，獲得至少四組渦輪/沖壓發動機通道堵塞比匹配值；
(7)根據獲得的渦輪/沖壓發動機通道堵塞比匹配值，進行模態轉換試驗，即獲得預期的進氣道出口馬赫數變化規律。
[0005]進一步，本發明中，在步驟(I)中固定沖壓發動機通道堵錐，在一次風洞試驗中保持沖壓發動機通道堵塞比值恒定。
[0006]進一步，本發明中，沖壓發動機通道堵塞比值范圍是60%_100%。
[0007]本發明的原理為:在串聯TBCC進氣道模態轉換試驗裝置中設有兩套節流裝置，分別對渦輪/沖壓發動機通道進行節流，其中對渦輪發動機通道實施節流的裝置為渦輪發動機通道堵錐，對沖壓發動機通道實施節流的裝置為沖壓發動機通道堵錐。在組合發動機模態轉換風洞試驗過程中，兩個流道的堵錐將同時進行移動以模擬渦輪/沖壓發動機工作狀態(一個流道堵錐前移，增大通道堵塞比以模擬發動機由工作狀態逐漸轉向關閉狀態；另一個堵錐由關閉逐漸后退，減小通道堵塞比以模擬發動機由關閉逐漸轉向開啟狀態)，從而達到模擬模態轉換過程中組合發動機工作狀態的目的。
[0008]可見，渦輪/沖壓發動機通道兩個堵錐位置的匹配關系及確定方法是決定模態轉換試驗成敗的關鍵因素。本發明正是提供了組合發動機模態轉換過程中，模擬發動機工作狀態的渦輪/沖壓發動機流道堵錐位置匹配關系的方法。采用該方法獲得的渦輪/沖壓發動機通道的堵錐位置匹配關系，可確保串聯式TBCC進氣道模態轉換過程進氣道出口馬赫數按預期設定的規律變化，進而模擬了相應的組合發動機工作狀態。
【附圖說明】
[0009]圖1為串聯式TBCC進氣道模型圖；
圖中，1、進氣道出口截面；2、沖壓發動機通道；3、渦輪發動機通道；4、渦輪發動機通道堵錐；5、沖壓發動機通道堵錐；
圖2是沖壓通道堵塞比為60%條件下，進氣道出口馬赫數隨渦輪通道堵塞比變化規律示意圖；
圖3是沖壓通道堵塞比為70%條件下，進氣道出口馬赫數隨渦輪通道堵塞比變化規律示意圖；
圖4是沖壓通道堵塞比為80%條件下，進氣道出口馬赫數隨渦輪通道堵塞比變化規律示意圖；
圖5是沖壓通道堵塞比為90%條件下，進氣道出口馬赫數隨渦輪通道堵塞比變化規律示意圖；
圖6是沖壓通道堵塞比為100%條件下，進氣道出口馬赫數隨渦輪通道堵塞比變化規律示意圖；
圖7是模態轉換過程中進氣道出口馬赫數保持不變時渦輪/沖壓通道堵塞比變化規律示意圖；
圖8是模態轉換過程進氣道出口及沖壓通道靜壓比變化規律示意圖； 圖9是模態轉換過程進氣道出口馬赫數變化規律示意圖；
圖10是模態轉換過程渦輪/沖壓通道堵塞比變化規律示意圖。
【具體實施方式】
[0010]為方便理解本發明，以下結合具體實施例和附圖對本發明做以進一步說明，應當說明的是，實施方式僅用于解釋本發明，而不能解釋為對本發明的限制。
[0011]實施例1
本實施例所使用的串聯式組合動力進氣道為公開號為“CN104614183A”所公開的串聯式組合動力進氣道。
[0012]實驗原理:串聯式TBCC進氣道如圖1所示，進氣流經過I截面后分成內外兩股氣流，外環氣流所經過的通道為沖壓發動機通道2，中間圓形通道為渦輪發動機通道3。氣流流經渦輪/沖壓發動機通道(2，3)后，通過對渦輪/沖壓發動機通道堵錐(4，5)實施節流。假定組合發動機模態轉換過程渦輪發動機逐漸從最大工作狀態進入慢車狀態，沖壓發動機逐漸從不點火工作狀態逐漸進入點火工作狀態，在進行進氣道部件試驗時，要實現發動機狀態改變的模擬可采用改變渦輪/沖壓發動機通道出口堵塞比的方式來完成。在進行模態轉換之前需先確定模態轉換過程中渦輪/沖壓發動機通道堵塞比的變化規律。通過確定多組渦輪/沖壓發動機通道堵錐比的匹配值即可確定渦輪/沖壓發動機通道堵塞比的變化規律。
[0013]具體步驟如下:
(1)、在串聯式組合